Історія відділу

Згідно із постановою Ради Міністрів СРСР та УРСР 1958 р. про розвиток досліджень щодо штучного впливу на хмари і тумани в УкрГМІ був утворений відділ фізики атмосфери, очолив відділ Г.І. Перельот. У 1967 р. його перейменували у відділ штучних впливів (завідувач – А.В. Ткаченко, згодом – Є.Є. Корнієнко) з лабораторіями фізики хмар (начальник – А.В. Ткаченко), теоретичних досліджень (начальник – М.В. Буйков), активних впливів (начальник – І.П. Половина), радіолокаційних досліджень (начальник – В.М. Мучник) і аерозолів (начальник – В.П. Баханов). Після набуття Україною незалежності недовгий час завідуючим відділом був В.С. Хусід, згодом у різні роки відділом керували В.П. Баханов та В.А. Прусов, з 2011 р. відділ очолює канд. геогр. наук Шпиг Віталій Михайлович.

Період 1958-1990 рр.

Становлення та розвиток відділу фізики атмосфери УкрГМІ протягом багатьох десятиліть у ХХ ст. були тісно пов'язані із розвитком робіт з активних впливів на метеорологічні процеси, котрі проводилися із метою пошуку шляхів поліпшення водозабезпеченості сільськогосподарського виробництва в степовій частині України. Області регіону відігравали важливу роль у виробництві зернових та інших сільськогосподарських культур у бувшому Радянському Союзі та продовжують бути одними із ключових у незалежній Україні, незважаючи на те, що вони відносяться до зони із недостатнім зволоженням, що часто страждає від посух.

Необхідно було вивчити можливості збільшення атмосферних опадів шляхом впливу на хмари, розробити оперативні методи таких впливів і способи їхнього контролю. Для цього і був створений відділ фізики атмосфери, який згодом був перетворений у відділ фізики хмар і активних впливів. Одночасно для робіт у цій царині були створені проблемні лабораторії в Київському й Одеському університетах, Одеському гідрометеорологічному інституті, Інституті загальної й неорганічної хімії АН УРСР.

Основними напрямами досліджень відділу були вивчення ролі різних факторів у еволюції хмар, а також метеорологічних і фізичних умов утворення та розсіювання туманів. У дослідженнях того часу значне місце займали експериментальні роботи.

Ініціатором робіт зі штучних впливів в Україні був перший директор Українського гідрометеорологічного інституту Г.Ф. Прихотько. Польові роботи із впливів, починаючи із 1959 р. проводилися на Експериментальному метеорологічному полігоні (ЕМП), який розташовувався у Дніпропетровській області, був найбільшим у світі і мав одне із найпередовіших на той час оснащення. Одночасно у м. Дніпро (у той час – м. Дніпропетровськ) був створений Відділ експериментальних досліджень, що мав у своєму розпорядженні авіаційну групу, оснащену літаками-лабораторіями ІЛ-14.

У травні 1959 р. були розпочаті польоти. Спочатку експериментальні роботи зі штучного регулювання опадів велися в трьох напрямках, що відповідають основним класам хмар (шаруваті внутрішньомасові, фронтальні зимові, конвективні). Як реагент використовувалася тверда вуглекислота, що скидалася із літаків, а згодом – і йодисте срібло.

Роботи перших років дали обнадійливі результати. Одним із напрямків пошуків було штучне регулювання зимових опадів шляхом засіву хмар твердою вуглекислотою («сухим льодом») із літака.

У ході проведення польових експериментів по засіву внутрішньомасових шаруватих хмар (Г.І. Перельот, І.П. Половина) було встановлено, що із цього класу хмар можна одержати додатково 5-10 % від суми природних зимових опадів, переважно у вигляді снігу. Засів фронтальних хмар зимового періоду (М.П. Леонов) може привести до збільшення кількості опадів, що випадають із них, приблизно на 20-30 %. У восьмидесяті роки цей результат уточнювався й знайшов підтвердження в експериментах із регулярного засіву фронтальних хмар над заданим районом (Б.Н. Лєсков). Були встановлені критерії придатності хмар для впливу. Протягом трьох років (1974-1976) у січні проводився засів усіх хмар, придатних для впливу, що спостерігалися над заздалегідь обраною ділянкою полігону радіусом 10 км. Місячна кількість опадів збільшилася тут на 30-50 %. Збільшення опадів спостерігалося також на прилеглій до зазначеної ділянки території площею 2-4 тис. км².

Планувався експеримент із регулярного засіву хмар над обраною територією протягом усього зимового сезону. Впливи на хмари протягом зимового сезону можуть мати відчутний вплив на врожайність сільськогосподарських культур на території, де проводився засів.

Було розроблено схему оцінки економічної ефективності штучних опадів (М.В. Буйков). На основі статистичної моделі «погода-урожай», в яку опади входять у якості незалежної змінної, було розраховано можливе збільшення врожайності й доходу від вирощування основних сільськогосподарських культур у Софіївському районі Дніпропетровської області.

Також виконувався великий обсяг досліджень зі штучного регулювання опадів літнього періоду. На першому етапі робіт об'єктом впливів були потужні купчасті хмари (Г.Ф. Прихотько). При засіві їх твердою вуглекислотою спостерігалося значне збільшення опадів, що випадають із них (Г.Ф. Прихотько, Є.Є. Корнієнко). У цей час проводяться експерименти із впливу на купчасто-дощові хмари (Є.Є. Корнієнко). Отримані у той час результати вказують на збільшення опадів при засіві їх з літака йодистим сріблом, проте й досі залишаються не вивченими всі різновиди купчасто-дощових хмар, для того щоб можна було сформулювати остаточні висновки.

З 1973 року вчені УкрГМІ беруть участь у реалізації проекту зі збільшення опадів у басейні озера Севан, де проблема води стала особливо гострою. Завданням інституту була перевірка ефективності в цьому районі літакових методів впливу, по застосуванню яких в УкрГМІ вже на той час було накопичено значний досвід. У результаті проведених польотів, виконаних протягом 1974-1976 р., була оцінена повторюваність хмар літнього періоду, придатних для впливу із метою збільшення опадів; досліджені специфічні форми хмар зимового періоду року. У басейні озера створено експериментальний полігон для регулярних впливів із висотного літака ЯК-40 за допомогою піропатронів з йодистим сріблом, а взимку – із літака-лабораторії ІЛ-14 за допомогою твердої вуглекислоти.

Одночасно із роботами зі збільшення опадів були початі розробки літакового методу розсіювання переохолоджених хмар і туманів за допомогою твердої вуглекислоти (Г.І. Перельот, І.П. Половина). У результаті багаторічних досліджень була розроблена оперативна схема розсіювання хмар і туманів, що включає рекомендації із вибору місця введення реагенту залежно від вітру в хмарному шарі, витраті реагенту, густоті ліній засіву. Схема забезпечувала повне розсіювання хмари (туману) при температурі нижче -3°С і вертикальні потужності до 600 м і часткове розсіювання в досить широкому діапазоні значень параметрів хмари (туману). Методика застосовувалася для розкриття аеродромів від переохолоджених туманів. Навіть епізодичне її застосування в ряді аеропортів України забезпечувало щорічно прийом і випуск 50-100 літаків.

В 1960-х роках був запропонований метод запобігання туманів шляхом нанесення на поверхню води мономолекулярної плівки поверхнево активних речовин (Г.Ф. Прихотько, Л.М. Роїв, М.В. Товбин). Натурні експерименти в Кольський затоці показали можливість запобігання туману на площі у кілька квадратних кілометрів. Надалі була вдосконалена методика готування реагенту для впливу (Р.А. Баханова).

Науковим фундаментом для розробки методів активних впливів послужили результати великих експериментальних досліджень структури хмар і туманів та процесів, що відбуваються в них. За допомогою літакових, радіолокаційних, аеростатних та інших засобів досліджень, що застосовувалися на ЕМП, був накопичений великий експериментальний матеріал про фізичні властивості хмар, опадів і туманів. Унікальні матеріали про структуру полів опадів були отримані на опадомірній мережі полігону. З їхньою допомогою, зокрема, виконана оцінка точності виміру шару опадів залежно від площі й густоти мережі. Завдяки регулярним польотам, поряд з виробничими експериментами, тривало нагромадження нових експериментальних даних про динаміку і мікроструктуру хмар і опадів як при природному протіканні хмарних процесів, так і у результаті проведення впливів на хмари.

Отримано ряд нових факторів, що розширюють нашу уяву про хмари й утворення опадів. Наприклад, у дослідах встановлено, що взимку кількість штучних опадів у кілька разів перевищує одноразовий запас рідкої води в фронтальних хмарних шарах, що засівають.

Таким чином, фронтальні хмари представляються як «фабрики», в яких протягом часу їхнього існування вода багаторазово випадає у вигляді опадів і заміщується новими порціями водяної пари.

У купчасто-дощових хмарах формування опадів відбувається в області від’ємних температур. Розпочаті в інституті польові дослідження показали, що хмара «харчується» вологою в основному із підхмарного шару, при цьому вона не вся перетвориться в опади природним шляхом, а є резерв для збільшення опадів штучним шляхом.

Результати експериментальних досліджень із впливів на хмари різних форм висвітлені в монографіях «Активные воздействия на облака в холодное полугодие» (М.П. Леонов и Г.И. Перелёт, Л., Гидрометеоиздат, 1967), «Исскуственные осадки из конвективных облаков» (Г.Ф. Прихотько, Л., Гидрометеоиздат, 1968), «Влияние на внутримассовые облака слоистых форм» (И.П. Половина, Л., Гидрометеоиздат, 1971), а також в огляді «Искусственное регулирование осадков» (Е.Е. Корниенко и И.П. Половина, Обнинск, ВНИИГМИ- МЦД, 1973) і в розділі «Искусственное воздействие на облака и осадки» (у збірнику «Итоги науки и техники», т. 3, М., ВИНИТИ, 1976, М.В. Буйков), що включає в себе короткі підсумки експериментальних і теоретичних досліджень.

Одночасно з експериментальними роботами широким фронтом велися теоретичні дослідження хмарних процесів (М.В. Буйков). В інституті сформувався науковий напрямок досліджень хмар, що об’єднав динамічний і мікрофізичний підходи до хмарних процесів з використанням методів гідродинаміки й статистичної фізики. Були створені чисельні моделі фронтальних шаруватих, а також конвективних хмар. Ці моделі описують процеси формування опадів з урахуванням фазових переходів, а також перетворень, що відбуваються в хмарі при впливі на неї різними реагентами. За допомогою ЕОМ були проведені розрахунки за одно- і двовимірними моделями фронтальних хмар змішаної фазової будови; виконане моделювання засіву їх реагентами, що кристалізують. Розроблено модель формування рідкої мікроструктури купчастих хмар, що описує утворення часток опадів та динаміку хмари. Створено одномірну нестаціонарну модель купчастої хмари. Розроблено одномірну нестаціонарну модель формування шаруватих хмар і туманів (враховуючи взаємодію динамічних, радіаційних і мікрофізичних процесів). Отримані у ході проведення чисельних експериментів за різними моделями результати дали можливість сформулювати низку важливих висновків, зокрема, про те, що джерелом додаткових опадів при засіві зимових фронтальних хмар є наявний в атмосфері запас водяної пари, здатної до сублімації.

Виконано широкий комплекс лабораторних досліджень властивостей льодоутворюючих реагентів і поверхнево-активних речовин, які використовуються для впливу на хмари й тумани. На підставі цих досліджень, зокрема, запропонований новий спосіб генерування кристалів льоду у повітряному потоці, що проходить через пористий шар твердої вуглекислоти, і створення льодоутворюючих реагентів шляхом нанесення тонкого шару йодистого срібла на поверхню високодисперсних порошків інших речовин. Виконано чисельне моделювання енергетики льодоутворення на реагентах, що кристалізують.

В інституті було виконано великий обсяг досліджень із фізики грозових явищ. Розпочато шляхи пошуку методів впливу на них. Найбільш повно результати цих досліджень викладено у монографії «Физика грозы» (В.М. Мучник, Л., Гидрометеоиздат, 1975).

У 60-их роках отримали розвиток радіолокаційні методи досліджень хмар і опадів. В УкрГМІ було створено один із найпередовіших на той час зразків радіолокаційної техніки (діапазону 3 см), який отримав назву «Большой очаг» (ориг. рос.). Після цього протягом низки років у лабораторії радіолокаційних досліджень розроблялися й удосконалювався (спільно із фахівцями Інституту кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України) цифровий обчислювальний пристрій «Метеоролог» та радіолокаційний метод вимірювання кількості дощу. На той час було досягнуто рівня точності радіолокаційних вимірів середнього по площі шару рідких опадів, який перевищив точність, що забезпечує існуюча метеорологічна мережа. Пізніше було удосконалено радіолокаційні методи дослідження хмар і опадів, контролю за ефектом впливів. Розроблено метод індикації смуг посилених опадів у фронтальних хмарах, засіяних твердою вуглекислотою. Визначено швидкість опускання штучних опадів при засіві шаруватих хмар. Встановлено радіолокаційні параметри купчасто-дощових хмар, що визначають кількість опадів, що випали з них. Удосконалюється методика радіолокаційних вимірів кількості опадів з метою спільної обробки на ЕОМ радіолокаційних й плювіографічних вимірів опадів.

В УкрГМІ було створено ряд приладів та установок для впливу на хмари й тумани і проведення фізичних вимірів в атмосфері й хмарах.

Про здобутки УкрГМІ у галузі фізики атмосфери, зокрема, фізики хмар та активних впливів на гідрометеорологічні процеси, було широко відомо і за межами бувшого Радянського Союзу. Особливо їх популяризація відбувалася після перебування в інституті делегації вчених зі США (у рамках їх офіційного візиту до СРСР) на чолі з одним із найвідоміших на той час вчених-метеорологів Льюїсом Дж. Баттеном.

На фото біля входу в УкрГМІ (м. Київ, 1976 р.). Передній ряд зліва направо: М. Вільямс (США), М. Буйков (УкрГМІ), Р. Лавуа (США), Ф. Остапов (УкрГМІ) та Л. Баттен (США). Другий ряд: В. Філімонова (перекладач), В. Мясников (Інститут експериментальної метеорології, РФ), Б. Лєсков (УкрГМІ), Р. Баханова (УкрГМІ), К. Логвинов (директор УкрГМІ) та В. Синіцин (перекладач). Верхній ряд: Є. Александров (Інститут експериментальної метеорології, РФ), Н. Лайзер (США), Є. Корнієнко (УкрГМІ) та Л. Сакалі (УкрГМІ).

Перші два десятиліття незалежності України (1991-2010 рр.).

Проблема активних впливів на атмосферні процеси є порівняно новою в метеорологічній науці, і дослідження в цій області значною мірою носять пошуковий характер. Однак вже протягом нетривалого періоду досліджень даної проблеми були досягнуті відчутні результати, що представляють собою практичний інтерес.

В Україні до 1994 р. включно триває виробничий проект, який було розпочато у 1986 р. із метою збільшення кількості зимових опадів на площі 500 тис. га в Дніпропетровській області. Пізніше аналіз результатів показав, що відносне збільшення опадів на мішені, порівняно з контрольним оточенням, в технологічно краще забезпечених сезонах було в межах від 8,0 до 21,0 %. Цей результат отримано в умовах, коли реальна міра використання придатних для впливів ситуацій не перевищувала 30 % (Лєсков Б.Н.).

Наразі є підстави вважати, що в найближчі роки результати робіт з активних впливів на хмари й тумани будуть знаходити усе більше широке застосування в економіках різних країн світу.

Було проаналізовано синоптичні умови утворення небезпечно сильних опадів із фронтальних хмарних систем на території України. Побудовано стаціонарні моделі і нестаціонарні чисельні моделі літніх хмарних утворень різних масштабів в їх взаємозв’язку для синоптичних ситуацій, що призводили до небезпечних атмосферних явищ, перш за все небезпечно сильних опадів у літній період, пов’язаних із циклонами, які переміщувалися територією Західної Європи та України (Пірнач Г.М., Заболоцька Т.М.). Розроблено методику дослідження сильних та катастрофічних опадів на території України за допомогою чисельних моделей хмарних утворень різних масштабів (Пірнач Г.М.)

Проведено дослідження фронтальної хмарності над територією України на основі супутникових даних (у видимому та інфрачервоному діапазонах спектра).

Досліджено просторовий розподіл хмарності та її повторюваність на атмосферних фронтах різних типів, горизонтальний та вертикальний розподіли водності у хмарах різних форм на території України (Заболоцька Т.М.).

Розроблено алгоритм чисельного моделювання сигналу радіометра супутника (на основі мікрофізичної моделі шаруватоподібних хмар з різним фазовим складом і кристалами льоду різних форм, розрахунків оптичних характеристик розсіювання світла хмарними частками, вирішення рівняння переносу випромінювання в хмарному середовищі). Проаналізовано вплив мікроструктури на формування супутникового сигналу. Проведено попередні оцінки параметрів хмарності за даними супутника NOAA (Баханов В.П., Кривобок О.А., Дорман Б.А.).

Проведено польові радіолокаційні дослідження конвективних хмарних систем в гірській частині Криму (за допомогою радіолокаційних комплексів АКЗОПРІ та АНТИГРАД). Досліджувалися характеристики обертання конвективних хмар навколо вертикальної осі та динаміки змін об’єму хмар. Було отримано, що еволюція конвективних хмар має коливальний характер (за періодами інтенсивного розвитку слідують періоди спаду), та запропоновано нові предиктори градозагрозливості (Лєсков Б.Н., Сирота М.В.).

За допомогою радіолокаційних даних було досліджено зв’язки між характеристиками мезомасштабної структури поля опадів із фронтальних хмар і параметрами атмосфери, отримані нові дані про механізм утворення мезомасштабних зон сильних опадів. Виявлено тісний зв’язок радіолокаційної відбиваності з вертикальним зсувом вітру і відхиленням вертикального градієнту температури від адіабатичного (Сухінський О.Н., Акімов М.М., Осокіна І.А.).

Створено модель розповсюдження конвективного струменя в умовах довільної стратифікації атмосфери та поля вітру, яка об’єднана із мезометеорологічною моделлю граничного шару атмосфери в єдиний розрахунковий комплекс (Талерко М.М.).

Проведено комплексне дослідження (чисельне моделювання та аналіз даних спостережень) еволюції систем шаруватоподібних та конвективних хмар і пов’язаних із ними небезпечних явищ над рівнинними та гірськими територіями України, яке включає в себе (Пірнач Г.М., Краковська С.В., Шпиг В.М., Лєсков Б.Н.): побудову діагностичних та прогностичних моделей систем шароподібних та купчастих хмар конкретних атмосферних фронтів та пов’язаних із ними атмосферних явищ; радіолокаційні дослідження параметрів конвективних хмарних систем в гірській частині Криму.

Виконано комплексне дослідження (на основі радіолокаційних даних) фізики мезозон фронтальних хмар і розробка комплексної методики кількісного короткострокового прогнозу мезозон сильних опадів для степової частини України.

Розроблено тривимірну чисельну модель конвективного граничного шару атмосфери на основі явного розрахунку турбулентних вихорів великих масштабів (Скриник О.Я.).

Розроблено параметризації процесів підсіткового масштабу, які було включено у вітчизняну регіональну гідродинамічну модель прогнозу погоди (Прусов В.А.).

Виконано дослідження щодо оцінки змін клімату України на основі сценаріїв можливих глобальних кліматичних змін у XXI столітті. Зокрема, проаналізовано можливі зміни основних кліматичних характеристик (приземної температури повітря та кількості опадів) України в ХХІ столітті, котрі були отримані з ансамблю глобальних кліматичних моделей на основі трьох сценаріїв викидів парникових газів та аерозолів: В1, А1В та А2 (Краковська С.В., Паламарчук Л.В.).

Розпочато дослідження щодо хмарного покриву у контексті змін клімату. Оцінено повторюваність ясного й похмурого стану неба за загальною та нижньою хмарністю (Заболоцька Т.М.).

Починаючи із 2007 р., в УкрГМІ було створено групу вчених, які розпочали роботи з адаптації чисельної мезомасштабної атмосферної моделі WRF (ARW/NMM) для території України (від відділу фізики атмосфери до неї увійшов Шпиг В.М.). Вже у лютому 2008 р. було введено в експлуатацію модель WRF ARW v. 2.2.1, яка зарекомендувала себе надійним джерелом прогностичної метеорологічної інформації високої точності і використовувалася до серпня 2018 р.

Сучасний період (2011-2024 рр.).

Протягом останніх років можна відзначити поступовий перехід від теоретичних досліджень, проведення й аналізу лабораторних і натурних експериментів до моделювання із науково-прикладним спрямуванням.

Моделі WRF стали основою для створення низки програмно-моделюючих комплексів (Будак І.В., Шпиг В.М.) короткострокового прогнозування паводків для річкових басейнів (зокрема, р. Дністер, р. Західний Буг, р. Прип’ять, р. Тиса та ін.), а також системи прогнозу морського хвилювання в басейнах Азовського та Чорного морів.

Було розроблено вітчизняну (Прусов В.А.) та розпочато адаптацію двох іноземних моделей (WRF-CHEM – Будак І.В., Шпиг В.М.; CALMET-CALPUFF – Скриник О.Я.), які описують перенесення і трансформацію забруднюючих речовин в атмосфері. Дифузійна модель CALPUFF/CALMET, яка є гауссовою puff моделлю, визнана державною агенцією CША по охороні навколишнього середовища (US EPA) однією із кращих і є рекомендованою цією агенцією в якості моделюючої системи для оцінки атмосферного перенесення та дифузії домішок на великих просторових масштабах. Загалом комплекс цих моделей може бути використаний для задач, пов’язаних з оцінкою якості атмосферного повітря як на малих, так і на значних відстанях від точкового джерела забруднення.

На основі фізико-математичного моделювання проведено дослідження особливостей формування плямистості забруднення місцевості при наявності фінітного джерела газо-аерозольних домішок. Проведено дослідження впливу часу викиду (часу дії миттєвого джерела) на формування локальних максимумів сумарного осідання домішок. Встановлено критерій формування другого локального максимуму (плямистості) сумарного забруднення підстильної поверхні. Обґрунтовано існування резонансного режиму формування плямистості при умові періодичної зміни потужності фінітного джерела (Скриник О.Я.).

Запропоновано параметризаційні співвідношення з використанням нелокальної параметризації турбулентної дифузії для оцінки забруднення місцевості атмосферними газо-аерозольними домішками (Волощук В.М.).

Виконано дослідження ресурсів хмар холодного періоду року для розрахунку можливої кількості додаткових опадів при активних впливах у трьох областях України (Одеська, Миколаївська і Херсонська). У результаті виконаних обчислень було показано, що за умови впливу на всі придатні для засівів хмарні системи в цих областях можна отримати додатково від 38 до 73 мм опадів, що складає від 27 до 41% кліматичної норми холодного періоду року (Лєсков Б.Н., Носар С.В.)

Теоретичні дослідження процесів хмаро- та опадоутворення дозволили запропонувати кількісний критерій переходу від домінуючого конденсаційного до переважно коагуляційного росту хмарних часток (Краковська С.В., Хотяїнцев В.М., Бардаков Р.В., Шпиг В.М.)

Запропоновано параметризацію хмаро- та опадоутворення, що дозволяє кількісно оцінити адвекцію тепла і вологи в процесі хмароутворення (Прусов В.А.).

Було модифіковано адитивно-усереднений метод (МАУМ) для випадку змінних коефіцієнтів багатовимірних рівнянь конвективної дифузії, який призначений для чисельного розв’язання останніх. Модифікований адитивно-усереднений метод реалізовано для архітектури відеографічного прискорювача та багатопроцесорної системи із спільною пам’яттю засобами CUDA та OpenMP відповідно (Прусов В.А., Черниш Р.І., Кацалова Л.М.).

Запропоновано нову схему інтерполяції (на етапі підготовки даних для подальших розрахунків за атмосферною моделлю) із вузлів макромасштабної сітки у вузли регіональної з предісторією у трьох вузлах (Прусов В.А.).

Для постмодельної обробки даних прогнозу погоди запропоновано використання методу крігінг-інтерполяції, створено відповідний алгоритм методу. Обґрунтовано доцільність його використання при розв’язанні задач прогнозу погоди (Шпиг В.М., Кацалова Л.М.).

Здійснено аналіз проекцій змін основних кліматичних характеристик (середніх річних сезонних та місячних приземної температури повітря, кількості опадів та відносної вологості повітря) для періодів 2011-2030 рр., 2031-2050 рр. і 2081-2100 рр. по кожній із 24 адміністративних областей України та АР Крим, 5-ти виділеним регіонам та всієї території України, що були отримані за визначеними оптимальними для України ансамблями регіональних кліматичних моделей. Розраховано дати переходу через певні значення (0°С, 5°С, 10°С, 15°С) та тривалості періодів із середньою добовою температурою повітря, вищою за ці значення для всіх обласних центрів України для трьох періодів: стандартного кліматичного (1961-1990 рр.), сучасного (1981-2010 рр.) та до середини ХХІ ст. (2021-2050 рр.). Виконано оцінку трендів середньої мінімальної та середньої максимальної за сезон температури повітря в Україні, змін тривалості періодів теплого, літнього, періоду вегетації морозостійких та теплолюбивих культур (Краковська С.В.).

Розроблено комбінований алгоритм відтворення інтенсивності опадів (Баханов В.П., Кривобок О.А., Дорман Б.А.) за даними інфрачервоних радіометрів геостаціонарних супутників (MSG), а також за даними мікрохвильових датчиків полярно-орбітальних супутників (METOP).

На основі супутникової інформації та даних наземних спостережень проведено дослідження водозапасів та опадогенеруючої спроможності фронтальних хмарних систем. Для сильних опадів теплого періоду року виявлено залежність кількості опадів від величини одночасного водозапасу. Виявлено закономірність: більш інтенсивним дощам характерні більші значення коефіцієнта опадогенеруючої здатності (Заболоцька Т.М., Шпиг В.М.).

Показано існування і розпочато дослідження конвективних хмар, розвиток яких носить вибуховий характер (Лєсков Б.Н.).

Показано природу помилок прогнозів грози, створених на основі відомого і загальноприйнятого у метеорологічній спільноті індексу нестійкості LI (Lifted Index). Доведено, що розподіли цього індексу “з грозою” і “без грози” мало залежать від типу і просторової роздільності чисельної моделі прогнозу погоди (Шпиг В.М., Будак І.В.). На основі цих досліджень уточнено значення індексів нестійкості для факту наявності/відсутності грози, розроблено схему прогнозування гроз у пунктах та систему прогнозування ймовірності грози для території України.

Показано, що еволюція конвективних хмар до передградової стадії потребує 10-20 хв з коливаннями від 7 до 30 хв (просування на місцевості на 20 ± 5 км). Перехід до градоносної стадії відбувається, в залежності від динаміки розвитку, за проміжок часу від 3 до 30 хвилин, що відповідає просуванню хмари ще на 5-20 км. Протяжність градової доріжки в більшості випадків становить 10-80 км. У надпотужних процесах вона може сягати 100 км і більше (Лєсков Б.Н. та ін.).

Розроблено регіональну модель, яка дозволяє здійснювати прогноз основних метеорологічних величин на території зі складним рельєфом. Описано систему рівнянь гідротермодинаміки та опис параметризацій процесів підсіткового масштабу. Запропоновано сімейство сильно стійких лінійних l-крокових скінчено-різницевих схем та апроксимацію четвертого порядку частинних похідних в правій частині рівнянь атмосферної моделі (Прусов В.А. та ін.).

Досліджено фізичні особливості мезомасштабних дифузійних процесів у нижній частині атмосфери та проведена оцінка довготривалого режиму формування забруднення атмосферного повітря. Запропоновано параметризацію турбулентної дифузії. На прикладі аварії на ЧАЕС (1986 р.) виконано оцінку та аналіз фізичних механізмів осідання газо-аерозольних домішок на земну поверхню (Скриник О.Я. та ін.).

Отримано характерні значення ефективного радіуса крапель на верхній межі основних форм хмар. Для потужних фронтальних хмарних систем визначено взаємозв'язок ефективного радіуса крапель із висотою верхньої межі, оптичною товщиною, водозапасом хмар та інтенсивністю опадів (Заболоцька Т.М., Шпиг В.М.).

Основні напрями та структура

• Моделювання та аналіз фізичних характеристик, процесів та явищ природного та техногенного походження в атмосфері.
• Чисельний прогноз погоди та міждисциплінарні дослідження, орієнтовані на вирішення прикладних задач у галузі гідрології, морської гідрометеорології, екології тощо (спільно із іншими науковими підрозділами УкрГМІ).
• Дослідження та моделювання хмарних систем, пов’язаних із ними опадів та можливості активних впливів на них.
• Атмосферна дисперсія газо-аерозольних домішок: від теоретичних аспектів до практичного використання дисперсійних моделей для вирішення прикладних задач.
• Обробка та аналіз метеорологічних/кліматологічних даних станційних спостережень: збереження даних, контроль якості, гомогенізація часових станційних рядів та їх грідінг на основі геостатистичного моделювання, фізико-статистичний аналіз часових рядів кліматичних показників.
• Оцінювання просторового розподілу вітроенергетичного потенціалу та потенціалу сонячної енергії на території України з високою роздільністю.
• Дослідження впливу зміни клімату на хмарний покрив.
• Метеорологічні та кліматологічні аспекти хвиль тепла в Європі і, зокрема, в Україні.
• Глобальна та регіональна циркуляція атмосфери.

Відділ складається із наукових груп, які займаються розв’язанням актуальних питань.

Дослідницькі теми і проєкти

Поточна наукова тематика:

Поточна наукова тема виконується відповідно до Плану НДР УкрГМІ

• Розроблення багатоцільового геопорталу моніторингу та прогнозування стану навколишнього природного середовища (2021-2025 рр.).

Міжнародні проєкти і гранти

Поточні проєкти і гранти

• Старший науковий співробітник відділу фізики атмосфери Щеглов О.А. отримав індивідуальний грант на стажування (2023 р.) за проєктом “Functional-type modeling approach and data-driven parameterization of methane emissions in wetlands”, Університет штату Огайо (м. Колумбус, США).
• Старший науковий співробітник відділу фізики атмосфери Скриник О.Я. отримав індивідуальну стипендію (на період з 2023 по 2025 рр.) у рамках Дій Марії Склодовської-Кюрі (MSCA4Ukraine) для виконання дослідницького проєкту «Кліматологічні та метеорологічні аспекти хвиль тепла в Європі». Проєкт виконується спільно із Університетом Ровіра та Віргілі (URV, Тарагона, Іспанія) та його Інститутом досліджень стабільного розвитку, кліматичних змін та трансформації енергії, очолюваним проф., др. Енріком Агуіларом (Enric Aguilar).

Завершені дослідницькі теми

• Теоретичні та експериментальні дослідження атмосферних процесів різних просторово-часових масштабів (з урахуванням природних та техногенних чинників) з метою вдосконалення моніторингу та прогнозування метеорологічних явищ (2016-2020 рр.).
• Розроблення програмно-моделюючого комплексу для короткострокового прогнозування екстремальних паводків на річках басейну Верхнього Дністра (2017-2021 рр.).
• Вплив термічного режиму на сніговий покрив в районі Антарктичного півострова (2021 р.).
• Узагальнення регіональних кліматичних умов на основі даних спостережень та моделювання (2023 р.).
• Особливості просторово-часового розподілу швидкості вітру та вологості атмосфери біля земної поверхні та їх вплив на стан снігового покриву в районі станції «Академік Вернадський» (2023 р.).
• Залежності між параметрами сонячної радіації, снігового покриву та підстильної поверхні в районі антарктичної станції «Академік Вернадський» (2024 р.).

Підготовка наукових кадрів

Аспіранти

• Кихтенко Ярослав Васильович. Період навчання 2021-2025 рр. Тема роботи: «Сучасний радіаційний режим та геліоресурси України». Наукові керівники: Мартазінова В.Ф., д. фіз.-мат. н.; Шпиг В.М., к. геогр. н.
• Ціла Анна Юріївна. Період навчання 2023-2027 рр. Тема роботи: «Просторово-часовий розподіл хмарності та вологозапасів в атмосфері над територією України». Науковий керівник: Шпиг В.М., к. геогр. н.

Захищені дисертаційні роботи

Дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 04.00.22 – Геофізика:

• Краковська С.В. Чисельне моделювання мезо- і мікроструктури фронтальних смуг хмар та опадів над заданою територією. – 2003 р.
• Скриник О.Я. Двохпараметрична параметризація вертикальної турбулентної дифузії атмосферних аерозольних домішок. – 2005 р.

Дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.05.02 – Математичне моделювання та обчислювальні методи:

• Гук Л.М. Метод явного рахунку розв'язання рівняння конвективної дифузії для задач динамічної метеорології. – 2010 р.
• Черниш Р.І. Модифіковане адитивно-усереднене розщеплення, його паралельна реалізація та застосування до задач метеорології. – 2010 р.

Дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук за спеціальністю 11.00.09 – Метеорологія, кліматологія, агрометеорологія:

• Шпиг В.М. Умови формування сильних і тривалих опадів, пов'язаних із системами фронтальних хмар. – 2008 р.
• Гнатюк Н.В. Проекції температури повітря та кількості опадів в Україні в ХХІ столітті. – 2017 р.
• Ошурок Д.О. Вітроенергетичні ресурси України в сучасних кліматичних умовах. – 2021 р.

Дисертації на здобуття наукового ступеня доктора філософії у галузі знань 10 Природничі науки за спеціальністю 103 Науки про Землю:

• Сіденко В.П. Зміни температури повітря та атмосферних опадів в Україні, встановлені на основі розроблених сіткових добових даних високої просторової роздільності та спеціальних індексів екстремальності. 2024.

Викладацька діяльність

• Паламарчук Л.В. викладає навчальну дисципліну «Енергетика та динаміка циркуляційних процесів в атмосфері» для аспірантів УкрГМІ ДСНС України та НАН України.
• Скриник О.Я. читає спецкурс «Методи обробки гідрометеорологічної інформації в середовищі R» для аспірантів УкрГМІ ДСНС України та НАН України.
• Шпиг В.М. викладає навчальну дисципліну «Синоптичний аналіз і прогноз» для студентів IV-го курсу кафедри метеорології та кліматології географічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка, а також читає спецкурс «Макро- та мікрофізичні процеси в хмарах і їх моделювання» для аспірантів УкрГМІ ДСНС України та НАН України.
• Щеглов О.А. викладає навчальну дисципліну «Гідрометеорологічні ризики та методи їх оцінки» для магістрів кафедри метеорології та кліматології географічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка.

Робота з органами влади

Відділ фізики атмосфери неодноразово готував відповіді (у межах компетенції штатних співробітників) на офіційні запити, які надходили до ДСНС України як органів центральної влади України, так й окремих громадян, надавав аналітичні матеріали відповідно до окремих доручень та залучався до питань, що пов’язані із прогнозуванням фізичного стану атмосфери, зміни якості атмосферного повітря та небезпек, які з нею пов’язані.

Міжнародне співробітництво

Основні напрями міжнародного наукового і науково-технічного співробітництва: гомогенізація даних спостережень; чисельний прогноз погоди; верифікація прогнозів погоди; моделювання перенесення, турбулентної дисперсії та осідання забруднюючих речовин в атмосфері; фізика хмар.

• Скриник О.Я. є офіційним рецензентом журналу “International Journal of Climatology”, який видається за сприяння британського Королівського метеорологічного товариства.
• Шпиг В.М. був експертом Комісії з атмосферних наук Всесвітньої метеорологічної організації упродовж 2013-2022 рр. (до проведення реорганізації структури ВМО), наразі він входить до числа робочої групи Спостережень, інфраструктури та інформаційних систем ВМО.